DE60027337T2

DE60027337T2 - Method and device for detecting harmonics in an electrical network

Info

Publication number: DE60027337T2
Application number: DE2000627337
Authority: DE
Inventors: Reijo Lehtinen; Ville Marjusaari
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Oy
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2020-02-08
Also published as: FI990239A0; FI106069B; DE60027337D1; EP1026509B1; FI990239A; EP1026509A2; EP1026509A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen von Oberwellen in einem elektrischen Netz.The This invention relates to a method and apparatus for Detecting harmonics in an electrical network.

Das Bestimmen von Oberwellenamplituden von Spannungen und Strömen in einem elektrischen Netz ist ein Weg, das elektrische Netz zu überwachen, und erlaubt es daher, die Elektrizitätsqualität in dem Netz zu überwachen. Oberwellen werden in elektrischen Netzen zum Beispiel durch unterschiedliche Stromrichter verursacht. Wenn der Anteil von Spannungs- und Stromoberwellen eine bestimmte Grenze in einem elektrischen Netz überschreitet, wird die Elektrizitätsqualität beträchtlich beeinträchtigt. Darüber hinaus kann Elektrizität schlechter Qualität zu Zusammenbrüchen und Defekten in elektrischer Ausrüstung und in der Verteilung von Elektrizität führen. Das Überwachen von Oberwellen beinhaltet oft einen Relaisschutz, der es erlaubt, eindeutig fehlerhafte Bereiche des elektrischen Netzes vom Rest des Netzwerks zu trennen.The Determine harmonic amplitudes of voltages and currents in one electrical network is a way to monitor the electrical network and therefore allows to monitor the quality of electricity in the network. Harmonics are different in electrical networks, for example Power converter caused. When the proportion of voltage and current harmonics exceeds a certain limit in an electrical network, the electricity quality becomes considerable impaired. About that In addition, electricity can get worse quality to breakdowns and defects in electrical equipment and distribution of electricity to lead. Monitoring of harmonics often includes a relay protection that allows clearly faulty areas of the electrical network from the rest of the network.

Weiterhin ist es notwendig, dass man in der Lage ist, Oberwellenamplituden mit hinreichender Genauigkeit zu berechnen, obwohl sich sogar die Fundamentalfrequenz des Netzes von seinem Nominalwert unterscheiden würde. In auf Abtasten basierenden Ausführungsformen müssen die Oberwellenamplituden mittels eines Berechnungsfensters mit langer Dauer berechnet werden, um hinreichende Frequenztrennung zu erreichen. Das Puffern von Abtastwerten und das Berechnen von Amplituden, nachdem der Puffer gefüllt ist, erfordern viel Speicher und zwei bei verschiedenen Frequenzen zeitlich festgelegte Funktionen: eine zum Sammeln von Abtastwerten in den Puffer und die andere zum Berechnen der Ergebnisse aus den gepufferten Abtastwerten.Farther it is necessary that one is capable of harmonic amplitudes to calculate with sufficient accuracy, although even the Fundamental frequency of the network differ from its nominal value would. In sample-based embodiments have to the harmonic amplitudes by means of a calculation window with long Duration are calculated to achieve adequate frequency separation. Buffering samples and calculating amplitudes after filled the buffer is, require a lot of memory and two at different frequencies timed functions: one for collecting samples in the buffer and the other to calculate the results from the buffered samples.

Sowohl analoge als auch digitale Vorrichtungen sind zum Berechnen von Oberwellen verwendet worden. In analogen Vorrichtungen wird das Signal durch Bandpassfilter gefiltert, deren Durchlassbereiche sich bei den angenommenen Oberwellenfrequenzen befinden.Either Analog and digital devices are for calculating harmonics used. In analog devices, the signal goes through Bandpass filtered, whose passbands are assumed at the Harmonic frequencies are located.

Oberwellenamplituden werden aus den Amplituden der gefilterten Signale erhalten.Harmonic amplitudes are obtained from the amplitudes of the filtered signals.

In digitalen Systemen sind Oberwellenamplituden mittels diskreter Fourier-Transformationen (DFT), bei Verwendung von Fast Fourier-Transformation (FFT) berechnet worden, was effizient beim Berechnen ist. Die DFT bildet die Zeitdomäne auf die Frequenzdomäne ab, und daher werden die Amplituden direkt aus den durch die DFT den Oberwellenfrequenzen zugeordneten Amplitudenwerten erhalten. Eine auf der Verwendung einer mehrere Digitalfilter umfassenden Filterbank basierendes Verfahren wird in Thong, T., Practical Consideration for a continuous time digital spectrum analyzer, Proceedings of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 1989, S. 1047–1050 offenbart. Dieses Verfahren basiert auf der Berechnung der DTF von einem eng befensterten Signal.In Digital systems are harmonic amplitudes using discrete Fourier transforms (DFT), calculated using Fast Fourier Transform (FFT) which is efficient in calculating. The DFT forms the time domain on the frequency domain from, and therefore, the amplitudes are directly from the through the DFT obtained the harmonic frequencies associated amplitude values. One involving the use of multiple digital filters Filterbank based method is described in Thong, T., Practical Consideration for a continuous time digital spectrum analyzer, Proceedings of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 1989, Pp. 1047-1050 disclosed. This procedure is based on the calculation of the DTF of a narrow windowed signal.

Außerdem gibt es Verfahren, die unabhängig von der Fundamentalfrequenz des Netzes sind. Zum Beispiel wird in dem Verfahren gemäß dem US-Patent Nr. 5,615,302 das Ergebnis durch Berechnungen bei verschiedenen durch die DFT gegebenen Frequenzpunkten durch Verwenden eines "Verhältniserkennung" genannten Verfahrens erhalten. In dem Verfahren gemäß US Patent Nr. 5,528,134 wird ein Signal durch eine Software erneut abgetastet, um eine Abtastfrequenz zu erhalten, die ein Mehrfaches der Basisfrequenz beträgt.There are also it's procedures that are independent from the fundamental frequency of the network. For example, in the method according to the US patent No. 5,615,302 the result by calculations at different by the DFT given frequency points by using a method called "ratio detection" receive. In the method according to US patent No. 5,528,134, a signal is resampled by software, to obtain a sampling frequency which is a multiple of the base frequency is.

Miller A.J.V. et al. The application of multi-rate digital signal processing techniques to the measurement of power system harmonics level. Conference Proceedings Article IEEE, September 22nd 1992, pages 7-15.

Mit analogen Anwendungen verbundene Nachteile umfassen die große Anzahl der benötigten analogen Filter und Fehler, die durch Komponententoleranzen, Temperaturänderungen, Störungen und Überhitzung verursacht werden.With Disadvantages associated with analog applications include the large number the needed analog filters and errors caused by component tolerances, temperature changes, disorders and causing overheating become.

Ein mit digitalen Verfahren des Standes der Technik, die auf der DFT basieren, verbundenes Problem ist, dass sie sehr empfindlich auf eine Frequenzabweichung reagieren. Das auf erneutem Abtasten basierende Verfahren ist unvorteilhaft, da das Wiederabtasten Berechnungen erfordert, was Ungenauigkeiten verursacht. Die Schwächen des Verhältniserkennungsverfahrens umfassen die große Anzahl benötigter Berechnungen und numerische Probleme in praktischen Situationen.One with digital methods of the prior art, based on the DFT based, related problem is that they are very sensitive to a frequency deviation respond. The resampling method is unfavorable because resampling requires calculations which causes inaccuracies. The weaknesses of the ratio detection method include the big ones Number of required Calculations and numerical problems in practical situations.

Ein gemeinsamer Nachteil all der auf dem DFT und FFT basierenden Verfahren ist es, dass sie Puffern und daher verschiedene Funktionen zum Sammeln von Daten in einen Puffer und zum Analysieren gepufferter Daten benötigen. Wenn das Problem des Pufferns in dem System nicht durch eine Vorrichtung gelöst werden kann, z. B. mittels direktem Speicherzugriff (direct memory access, DMA), wird ein separater Softwareprozess zum Puffern neben dem analysierenden Programm benötigt, der bei einer verschiedenen Frequenz zeitlich festgelegt ist. In einem Dreiphasensystem benötigt das Feststellen von Oberwellenamplituden ein Datenpuffern für jede Phase und zwei alternierende Puffer für jede Phase, um einen angemessenen zeitlichen Umfang zu gewährleisten.One common disadvantage of all based on the DFT and FFT methods it is that they buffer and therefore different collecting functions from data to a buffer and to analyze buffered data need. If the problem of buffering in the system is not caused by a device solved can be, for. B. by means of direct memory access (direct memory access, DMA), a separate software process for buffering is added the analyzing program needs, which is timed at a different frequency. In needed a three-phase system detecting harmonic amplitudes a data buffering for each phase and two alternating buffers for every phase to ensure a reasonable amount of time.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGSHORT DESCRIPTION THE INVENTION

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile ausschaltet und das Feststellen von Oberwellen in einem elektrischen Netz auf eine verlässliche und einfache Art erlaubt. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren der Erfindung gelöst, das die Schritte umfasst, eine Filterbank einzurichten, die mehrere digitale und komplexe Bandpassfilter umfasst und in denen die kombinierte Breite des Filterdurchlassbereichs und eines Übergangsbandes höchstens gleich dem Minimalwert der Grundfrequenz der festzustellenden Eigenschaft in dem elektrischen Netz ist, und die Durchlassbereiche zweier paralleler Filter in der Filterbank N-mal die Fluktuation der Fundamentalfrequenz überlappen, die durch die Anordnung der Filter benötigt wird, und während des Zeitunterschieds zwi schen dem ersten und dem letzten Abtastwert einer Abtastgruppe auftritt, wobei es sich bei N um die Ordinale der höchsten zu messenden Oberwelle handelt; die Eigenschaft des elektrischen Netzes, die festgestellt werden soll, abzutasten, um Abtastwerte zu erhalten; die Abtastwerte für die Filterbank bereitzustellen; die Fundamentalfrequenz der festzustellenden Eigenschaft auf der Basis der Abtastwerte abzuschätzen; die Filter, aus deren Ausgaben die Amplitude jeder Frequenzkomponente berechnet werden kann, auf Basis der Frequenzschätzung auszuwählen; und die Amplituden der fundamentalen und Oberwellenkomponenten der festzustellenden Eigenschaft aus den Ausgaben der Filterbankfilter zu berechnen.It It is an object of the present invention to provide a method which eliminates the above-mentioned disadvantages and detection from harmonics in an electrical network to a reliable one and simple style allowed. This task is done with the procedure of Invention solved, which includes the steps of setting up a filter bank that has multiple includes digital and complex bandpass filters and in which the combined Width of the filter passband and a transition band at most equal to the minimum value of the fundamental frequency of the characteristic to be detected in the electrical network, and the passbands of two parallel ones Filters in the filter bank N times the fluctuation of the fundamental frequency overlap, which is required by the arrangement of the filters, and during the Time difference between the first and the last sample a sample group occurs, where N is the ordinal the highest to be measured harmonic; the property of the electric Network to be sampled to sample to obtain; the samples for to provide the filter bank; the fundamental frequency of the detected Estimate property based on the samples; the Filter, whose outputs are the amplitude of each frequency component can be calculated based on the frequency estimate; and the amplitudes of the fundamental and harmonic components of the detected To calculate property from the outputs of the filter bank filters.

Das Verfahren der Erfindung basiert auf der Idee, dass harmonische Amplituden in dem elektrischen Netzwerk effizient durch Verwenden einer aus verschiedenen Bandpassfiltern gebildeten Filterbank berechnet werden können. Erfindungsgemäß wird der zum Berechnen der Amplitude jeder Frequenzkomponente zu verwendende Filterbankfilter auf der Basis einer Frequenzschätzung ausgewählt, in welchem Fall die Durchlassbereiche der Filter in der Filterbank überlappen können und nicht die für bei Spektrumsschätzungen verwendeten Filtern benötigten Eigenschaften aufweisen müssen. Da die Filter überlappen, kann die Schätzgenauigkeit von Oberwellenamplituden durch eine einfache Lösung verbessert werden. Die Amplituden der Oberwellen in dem Durchlassbereich der fraglichen Filter können auf eine einfache Art aus den Ausgaben der Filterbankfilter berechnet werden. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das Ausmaß an Berechnungskapazität, die zum Implementieren des Verfahrens benötigt wird, sehr klein im Vergleich zu den Lösungen aus dem Stand der Technik ist. Darüber hinaus müssen Abtastwerte nicht in separaten Puffern gepuffert werden, da Oberwellenamplituden direkt in Echtzeit genauer berechnet werden können als vorher.The Method of the invention is based on the idea that harmonic amplitudes in the electrical network efficiently by using one be calculated different bandpass filters formed filter bank can. According to the invention for calculating the amplitude of each frequency component to be used Filter bank filter selected on the basis of a frequency estimate, in In which case, the passbands of the filters in the filter bank overlap can and not the for in spectrum estimates needed filters needed Properties must have. Since the filters overlap, can the estimation accuracy of harmonic amplitudes can be improved by a simple solution. The Amplitudes of the harmonics in the passband of the questionable Filters can calculated in a simple way from the outputs of the filter bank filter become. An advantage of the method according to the invention is that the Extent Computing capacity, which is needed to implement the method, very small in comparison to the solutions from the prior art. In addition, samples must be can not be buffered in separate buffers because harmonic amplitudes directly in real time can be calculated more accurately than before.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zum Feststellen von Oberwellen in einem elektrischen Netz, wobei die Vorrichtung ein Abtastteil, das angeordnet ist, die festzustellende Eigenschaft des elektrischen Netzes abzutasten, umfasst; sie umfasst außerdem eine Filterbank, die mehrere digitale und komplexe Bandpass filter umfasst und in denen die kombinierte Breite des Filterdurchlassbereichs und eines Übergangsbandes höchstens gleich dem Minimalwert der Grundfrequenz der festzustellenden Eigenschaft in dem elektrischen Netz ist und die Durchlassbereiche zweier paralleler Filter in der Filterbank N-mal der Fluktuation der Fundamentalfrequenz überlappen, die durch die Anordnung der Filter benötigt ist und während des Zeitunterschieds zwischen dem ersten und dem letzten Abtastwert einer Abtastwertgruppe auftritt, wobei es sich bei N um die Ordinale der höchsten zu messenden Oberwelle handelt, ein Frequenzschätzungsteil, das angeordnet ist, die Filterbankfilter in dem Durchlassbereich zu wählen, in dem die Oberwellenamplituden der festzustellenden Eigenschaft auftreten, und ein für die Filterbank bereitgestelltes Bearbeitungsteil zum Feststellen der Amplituden der Fundamentalen- und Oberwellenkomponenten der festzustellenden Eigenschaft.The Invention also relates to a device for detecting harmonics in an electrical Network, the device comprising a scanning part which is arranged to sense the characteristic of the electrical network to be detected, includes; it also includes a filter bank that filters several digital and complex bandpass filters includes and in which the combined width of the filter passage area and a transition band at the most equal to the minimum value of the fundamental frequency of the characteristic to be detected in the electrical network and the passbands of two are parallel Filters in the filter bank overlap N times the fluctuation of the fundamental frequency, which is needed by the arrangement of the filters and during the Time difference between the first and the last sample a sample group occurs, where N is the ordinal the highest harmonic to be measured, a frequency estimation part arranged is to select the filter bank filters in the pass band, in the harmonic amplitudes of the property to be detected occur, and one for the filter bank provided processing part for detecting the Amplitudes of the fundamental and harmonic components of the detected Property.

Diese Art von Vorrichtung erlaubt es, das vorteilhafte Verfahren der Erfindung auf eine einfache Art zu implementieren.These Type of device allows the advantageous method of the invention in a simple way to implement.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

Die Erfindung wird in größerem Detail mittels bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen gilt:The Invention will be in more detail by means of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in where:

1 stellt die Eigenschaften von Filterbankfiltern in Bezug auf Oberwellenkomponenten dar; 1 illustrates the properties of filter bank filters with respect to harmonic components;

2 stellt Frequenzfluktuation, wenn vorhanden, in Bezug auf die Durchlassbereiche der Filterbankfilter dar; 2 represents frequency fluctuation, if any, with respect to the passbands of the filter bank filters;

3 stellt eine Filterbank gemäß der Erfindung in Polyphasenform dar; 3 illustrates a filter bank according to the invention in polyphase form;

4 stellt ein Beispiel dar, wie die Filter einer äquidistanten Filterbank in der Frequenzdomäne angeordnet sind; und 4 illustrates an example of how the filters of an equidistant filter bank are arranged in the frequency domain; and

5 ist ein Blockdiagramm eines Systems, das das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. 5 Figure 11 is a block diagram of a system using the method of the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Gemäß der Erfindung wird eine mehrere digitale und komplexe Bandpassfilter umfassende Filterbank eingerichtet, wenn in einem elektrischen Netz Oberwellenamplituden festgestellt werden. Die Bandbereiche der Filterbank werden so ausgelegt, dass sie den gesamten Bereich, in dem zu analysierende Oberwellen auftreten können, abdecken. Gemäß 1 sind die Filter der Bank so ausgelegt, dass die Filterbank mindestens einen Filter in dem Durchlassbereich umfasst, in dem Oberwelle auftritt und keine anderen Oberwellen in diesen Durchlassbereichen und Übergangsbereichen der Filter auftreten. Daher treten andere Oberwellenfrequenzen, inklusive der Fundamentalfrequenz, in dem Sperrband des fraglichen Filters auf. Mathematisch ausgedrückt, müssen in dem Filter die Sperrbandbreite Δf_p und die Übergangsbandbreiten Δf_t die Bedingung Δf_p + Δf_t < f_min erfüllen, wobei f_min der Minimalwert der Fundamentalfrequenz ist. Gemäß 2 sind die Durchlassbereiche so ausgelegt, dass sie um die Frequenzfluktuation Δf, die während der Filterlänge auftritt, überlappen. Für die Oberwelle N müssen die Bandbereiche N-mal der Fundamentalfrequenz überlappen. Die Durchlassbereiche der Filter werden hinreichend flach eingestellt, um Fehlerübertragung in die Schätzung der Oberwellenamplitude zu erlauben. Entsprechend ist die Dämpfung des Sperrbandes dazu ausgelegt, das Übertragen von Fehlern, die dadurch verursacht werden, dass Frequenzkomponenten in dem Sperrband auftreten, direkt in die Schätzung der Oberwellenamplitude zu erlauben.According to the invention, a filter bank comprising a plurality of digital and complex bandpass filters is established when harmonic amplitudes are detected in an electrical network. The band areas of the filter bank are designed to cover the entire area in which harmonics to be analyzed may occur. According to 1 For example, the filters of the bank are designed such that the filter bank includes at least one filter in the passband where harmonic occurs and no other harmonics occur in these passbands and transition regions of the filters. Therefore, other harmonic frequencies, including the fundamental frequency, appear in the stop band of the filter in question. In mathematical terms, in the filter, the stopband width Δf _p and the transition bandwidths Δf _t must satisfy the condition Δf _p + Δf _t <f _min , where f _{min is} the minimum value of the fundamental frequency. According to 2 For example, the passbands are designed to overlap by the frequency fluctuation Δf that occurs during the filter length. For the harmonic N, the band areas must overlap N times the fundamental frequency. The passbands of the filters are set sufficiently flat to allow error transfer into the harmonic amplitude estimate. Accordingly, the stop band attenuation is designed to allow the transmission of errors caused by frequency components in the stopband to be allowed directly into the harmonic amplitude estimate.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird die festzustellende Eigenschaft des elektrischen Netzes, wie Spannung oder Stromstärke, abgetastet, um diskrete Abtastwerte zu erhalten. Die Abtastwerte werden verwendet, um die Oberwellenamplitude der festzustellenden Eigenschaft zu berechnen. Gemäß der Erfindung werden die Abtastwerte verwendet, um die Fundamentalfrequenz des Signals zu schätzen; basie rend darauf werden die richtigen Filterbankbänder zum Berechnen jeder Oberwelle ausgewählt. Da die Filterbankfilter gemäß dem Beispiel in 1 ausgelegt sind, kann jeder einzelne der Filter in dem Durchlassbereich, in dem die zu untersuchende Frequenzkomponente auftritt, gemäß der über die Filterlänge geschätzten Fundamentalfrequenz als der Filter jeder Frequenzkomponente ausgewählt werden. Erfindungsgemäß werden die Abtastwerte den auf der Basis einer Frequenzschätzung gewählten Filterbankfiltern bereitgestellt und die Oberwellenamplituden der festzustellenden Eigenschaft werden aus den Ausgaben der Filterbank berechnet.In accordance with the invention, the characteristic of the electrical network, such as voltage or current, to be detected is sampled to obtain discrete samples. The samples are used to calculate the harmonic amplitude of the property to be detected. According to the invention, the samples are used to estimate the fundamental frequency of the signal; based on this, the correct filter bank bands are selected to calculate each harmonic. Since the filter bank filters according to the example in 1 Each of the filters in the passband in which the frequency component to be examined occurs may be selected according to the fundamental frequency estimated over the filter length as the filter of each frequency component. According to the invention, the samples are provided to the filter bank filters selected on the basis of a frequency estimate, and the harmonic amplitudes of the characteristic to be detected are calculated from the outputs of the filter bank.

Bei der Filterbank handelt es sich bevorzugt um eine äquidistante DFT-Filterbank. 4 stellt ein Beispiel dar, wie die Filter einer äquidistante DFT-Filterbank in der Frequenzdomäne angeordnet sind. Eine Filterbank wird eine äquidistante DFT-Bank genannt, wenn alle Filter der Filterbank von dem Basisfilter H₀(z) wie folgt abgeleitet werden: Hk(z) = H0(zWkM ), 0 ≤ k ≤ M – 1. The filter bank is preferably an equidistant DFT filter bank. 4 illustrates an example of how the filters of an equidistant DFT filter bank are arranged in the frequency domain. A filter bank is called an equidistant DFT bank if all filters of the filter bank are derived from the base filter H ₀ (z) as follows: H k (z) = H 0 (z W k M ), 0 ≤ k ≤ M - 1.

Die Amplitudenantworten der Filter H_k(z) sind äquidistant verschobene Versionen der Amplitudenantworten des Basisfilters H₀(z). Der Basisfilter H₀ und die Anzahl M der Bandbereiche sind dazu ausgelegt, die Bedingungen gemäß der oben erwähnten 1 und 2 zu erfüllen.The amplitude responses of the filters H _k (z) are equidistant shifted versions of the amplitude responses of the base filter H ₀ (z). The base filter H ₀ and the number M of the band areas are designed to satisfy the conditions according to the above-mentioned 1 and 2 to fulfill.

Die äquidistante DFT-Filterbank ist vorzugsweise durch Verwenden einer Polyphasenstruktur implementiert. In Polyphasenform kann der Basisfilter H₀(z) wie folgt ausgedrückt werden:

wobei E_k die k-te Polyphasenkomponente des Basisfilters H₀(z) ist

The equidistant DFT filter bank is preferably implemented by using a polyphase structure. In polyphase form, the basic filter H ₀ (z) can be expressed as follows:

where E _{k is} the k-th polyphase component of the base filter H ₀ (z)

Weiterhin erhalten wir durch Ersetzen von z durch zW k / M die Polyphasenform des Bandes M für die Filter H_k(z)

Further, by replacing z with zW k / M, we obtain the polyphase form of the band M for the filters H _k (z)

Die Filter E_n(z^M) der voranstehenden Gleichung entsprechen den Filtern E_n(z) der 3 und zum Verringern der Abtastfrequenz um M in den Blocks 1 zum Verringern der Abtastrate. In diesem Fall entsprechen z^–nE_n(z^M) der voranstehenden Gleichung Einheitsverzögerungen z^–1, dem Verringern der Abtastfrequenz um M und den Filtern E_n(z) in dem Blockdiagramm von 3. Der übrige Ausdruck W –kn / N ist eine Art, den Ausdruck e^–j2πnk/M darzustellen.The filters E _n (z ^M ) of the preceding equation correspond to the filters E _n (z) of 3 and for reducing the sampling frequency by M in the blocks 1 to reduce the sampling rate. In this case, z ^-n E _n (z ^M ) of the above equation correspond to unit delays z ^-1 , decreasing the sampling frequency by M and the filters E _n (z) in the block diagram of FIG 3 , The remainder of W -kn / N is a way to represent the expression e ^{-j2πnk / M.}

Die Definition der inversen diskreten Fourier-Transformation hat die Form

wobei die Ausdrücke X(k) den Eingaben in den IDFT-Block in 3 entsprechen, und daher wird die inverse Fourier-Transformation aus diesen Eingaben berechnet. Das bedeutet, dass die Ausgabe des Unterfilters H_k(z) aus den Ausgaben der IDTF-Polyphasenfilter
E₀(z) ... E_M–1(z) berechnet werden kann.The definition of the inverse discrete Fourier transform has the form

where the expressions X (k) are the inputs to the IDFT block in 3 and therefore the inverse Fourier transform is calculated from these inputs. This means that the output of the sub-filter H _k (z) from the outputs of the IDTF polyphase filter
E ₀ (z) ... E _M-1 (z) can be calculated.

Von jedem M-Bandbereich wird die inverse Fouriertransformation berechnet, das heißt in 3 von dem im IDFT-Block 3 ankommenden Signal von M; erfindungsgemäß wird diese Transformation allerdings nur in den Bändern berechnet, in denen gemäß der Frequenzschätzung eine Oberwellenkomponente auftritt. Die inverse Fou– riertransformation ergibt Oberwellenkomponenten in der Zeitdomäne und folglich kann die Amplitude aus den reellen und imaginären Teilen des Signals berechnet werden, das einfach durch Ziehen einer Quadratwurzel aus der Quadratsumme der Komponenten erhalten wird.From each M band range, the inverse Fourier transform is calculated, that is, in 3 from the one in the IDFT block 3 incoming signal from M; However, according to the invention, this transformation is calculated only in the bands in which a harmonic component occurs according to the frequency estimation. The inverse Fourier transform yields harmonic components in the time domain and thus the amplitude can be calculated from the real and imaginary parts of the signal, which is obtained simply by taking a square root of the sum of squares of the components.

5 ist ein das Betriebsprinzip eines das erfindungsgemäße Verfahren einsetzenden Systems darstellendes Blockdiagramm. Die Fundamentalfrequenz eines eingehenden Signals wird mittels eines Frequenzschätzungsteils 4 geschätzt. Das Frequenzschätzungsteil 4 ist mit einem Auswählteil 5 verbunden, das die Filter auswählt, wobei die Ausgabe des Auswählteils weiterhin verbunden ist mit einem Block 6, der die Filterkanäle auswählt und der ebenso das zu analysierende Signal in der Eingabe empfängt. Die Ausgaben des Blocks 6 werden anschließend Filtern 7 bereitgestellt, deren Ausgaben dazu verwendet werden können, die Amplitude der festzustellenden Eigenschaft zu berechnen. 5 is a block diagram illustrating the operating principle of a system employing the method of the invention. The fundamental frequency of an incoming signal is determined by means of a frequency estimation part 4 estimated. The frequency estimation part 4 is with a selection part 5 which selects the filters, the output of the select part still being connected to a block 6 which selects the filter channels and also receives the signal to be analyzed in the input. The issues of the block 6 will then filter 7 whose outputs can be used to calculate the amplitude of the property to be detected.

Für einen Experten wird es auf der Hand liegen, dass mit technologischem Fortschritt das erfinderische Konzept auf verschiedene Arten implementiert werden kann. Demzufolge werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen durch die oben beschriebenen Beispiele nicht eingeschränkt, sondern können innerhalb des Bereichs der Ansprüche variieren.For one Experts will be obvious that with technological progress the inventive concept can be implemented in various ways can. Accordingly, the invention and its embodiments not limited by the examples described above, but can within the scope of the claims vary.

Claims

A method of determining harmonics in an electrical network, comprising the steps of: establishing a filter bank comprising a plurality of digital and complex bandpass filters; Sampling the property of the electrical network to be detected to obtain samples; Providing the samples for the filter bank; Estimating the fundamental frequency of the property to be determined based on the samples; Selecting, on the basis of the frequency estimate, the filter from whose outputs the amplitude of each frequency component can be calculated; and calculating the amplitudes of the fundamental and harmonic components of the characteristic to be detected from the outputs of the filter bank filters, characterized in that the combined width of the filter passband and a transition band is at most equal to the minimum value of the fundamental frequency of the characteristic to be detected in the electrical network, and the passbands of two parallel filters in the filter bank overlap N times the fluctuation of the fundamental frequency required by the arrangement of the filters occurring during the time difference between the first and last samples of the sample group, where N is the ordinal of the highest Harmonic to be measured acts.

A method according to claim 1, characterized in that the filter bank used is an equidistant DFT filter bank, wherein the means thereof comprising the steps of: establishing a basic filter (H _0), and establishing harmonic filters (H ₀₎ by copying and shifting the basic filter equidistantly in the frequency domain.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the means of the filter bank comprises the step, the filter bank using polyphase partitioning.

Method according to claim 3, characterized that calculating the amplitudes of the fundamental and harmonic components includes the steps Choose the filter bank filter in the passband, of which a fundamental one or a harmonic component of the characteristic to be detected occurs Calculate the results of the polyphase plot the sub-filter in the M-band DFT filter bank, Calculate the inverse Fourier transform of M points from the results obtained for the polyphase representation the sub-filters were obtained with respect to the selected filters, around the size of the real and imaginary Obtain parts of the signal provided to the selected filters when M equals the total number of filters in the filter bank, and Calculate the amplitude of the harmonic component from the real and imaginary Divide that obtained with respect to the selected filter bank filters were.

Method according to one of claims 1-4, characterized that the property to be detected is the voltage or the current is in the electrical network.

Device for detecting harmonics in one electrical network, the device comprising a scanning part, which is arranged, the characteristic of the electrical property to be detected Scanning network, further comprising: a filter bank, comprising a plurality of digital and complex bandpass filters; one Frequency estimation part, which is located, the filter bank filters in the passband to choose, in which the harmonic amplitudes of the property to be detected occur, and one for the filter bank provided processing part for detecting the amplitudes of the fundamental and harmonic components of the property to be determined, characterized in that the combined width of the filter passband and a transition band at the most equal to the minimum value of the fundamental frequency of the detected Feature in the electrical network is and the passbases two parallel filters in the filter bank N times the fluctuation overlap the fundamental frequency, which is needed by the arrangement of the filters and during the Time difference between the first and the last sample the sample group occurs, where N is the ordinal the highest Harmonic to be measured acts.

Device according to claim 6, characterized in that that the filter bank is an equidistant DFT filter bank is a basic filter and copies of the base filter, the equidistant in the frequency domain are displaced.

Device according to claim 6 or 7, characterized that set up the filter bank using polyphase division becomes.

Device according to one of claims 6 to 8, characterized that the processing part is arranged, the results of the sub-filters in accordance with the polyphase division of the DFT filter bank and the amplitude the property to be determined from the intermediate results of the Polyphase division by means of the IDTF with respect to those on the Base of the output signals of the filter bank filter selected filters to calculate.

Device according to one of claims 6 to 9, characterized that the property to be determined is the voltage or the electricity in the electrical network is.